DE1129625B - Drifttransistor, bei dem der spezifische Widerstand in der Basiszone von der Emitter-zur Kollektorzone zunimmt - Google Patents

Description

• Drifttransistor, bei dem der spezifische Widerstand in der Basiszone von der Emitterzur Kollektorzone zunimmt Die Erfindung betrifft einen Drifttransistor, bei dem der spezifische Widerstand in der Basiszone von der Emitter- zur Kollektorzone hin zunimmt.
• Der übliche Weg, Leistungstransistoren zu bauen, besteht darin, das Halbleiterbauelement zu vergrößern. Vergrößern lasen sich dabei die Elektroden und das Halbleiterplättchen, soweit es seine Oberflächenausdehnung betrifft. Unberührt von einer Vergrößerung muß dagegen die Dicke der Basiszone des Halbleiterplättchens bleiben, d. h., die Basiszone muß praktisch genauso dünn sein wie bei Transistoren kleiner Leistung, da die Dicke der Basiszone kleiner als die Diffusionslänge der Ladungsträger sein muß und der Transistor um so bessere a-Werte und ein um so besseres Hochfrequenzverhalten zeigt, je geringer die Basisdicke ist.
• Dabei wird aber nach Fig. 1 der relativ große Basiswiderstand in der langen.Basiszone 1 gefährlich, da ein Großteil einer zwischen Emitterelektrode 2 und Basiselektrode 3 liegenden Steuerspannung auf diese Basiszone 1 entfällt. Dieser unnütze Spannungsabfall vermindert aber um den gleichen Betrag die Steuerspannung an der Emittersperrschicht, der im Extremfall nicht mehr genügend Steuerspannung zugeführt wird.
• Um diese Eigenschaften zu vermeiden, wird im allgemeinen das Emitter-Basis-System in kleine Abschnitte aufgeteilt, indem man nach Fig.2 kammartig ineinandergreifende Basis- (5) und Emitterstrecken (2) bildet. Eine andere Ausführungsform ist eine ringförmige Emitterelektrode, die von einer ringförmigen Basiselektrode umgeben ist. Allen diesen Konstruktionen ist gemeinsam, möglichst auf kurzem Weg vom Entladungssystem zur Basiselektrode zu gelangen. Dabei ergibt sich aber dadurch ein großer Nachteil, daß sehr viele Oberflächen geschaffen werden, die von Sperrschichten durchsetzt sind. Fig. 3 macht dies besonders deutlich. Die zum kammförmigen Emitter der Fig. 2 gehörigen Emitterzinken 2, zwischen denen jeweils die zur Basiszone 1 gehörigen Gebiete 5 liegen, erzeugen Sperrschichten, die zu beiden Seiten der Emitterzinken 2 an die Halbleiteroberfläche gelangen. Diese Oberfiächensperrschichten, im Schnitt der Fig. 3 mit 6 bezeichnet, geben infolge ihrer relativ großen Oberflächenausdehnung zu erheblichen Störungen Anlaß. Die Oberflächenbezirke sind nämlich die Stellen des Transistors, an denen meist durch Verunreinigungen instabile a-Werte und Leckströme auftreten. Die Leckströme kann man zwar durch geeignete Beizverfahren vermindern, ihre vollkommene Unterdrückung gelingt aber praktisch nicht. So nimmt man heute schon bei den normalen kleinen Leistungstransistoren 10 % »Beizausfälle« in Kauf. Eine Parallelschaltung der oben beschriebenen Emitterteile beim Übergang auf größere Typen würde durch Vergrößerung der von der Oberflächensperrschicht eingenommenen Fläche noch weit mehr Ausfall bedingen. Noch schlechter wird das Bild, wenn man sich klar macht, daß beim Versagen eines solchen Emitterteiles der ganze Transistor ausfällt.
• Diese Nachteile werden bei Drifttransistoren erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der pn-Übergang an der Emitterzone derart wellen- oder mäanderförmig ausgebildet ist, daß seine Kuppen in dem Teil der Basiszone mit höherem spezifischem Widerstand und seine Senken in dem Teil der.Basiszone mit niedrigerem spezifischem Widerstand verlaufen.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung empfiehlt es sich, das Halbleiterbauelement derart auszubilden, daß die niederohmigen Teile der Basiszone miteinander verbunden sind.
• Es sind zwar bereits Halbleiterbauelemente bekanntgeworden, bei denen ein oder mehrere pn-Übergänge mäanderförmig ausgebildet sind. Bei den meisten Anordnungen war der mäanderförmige Verlauf nur als unerwünschtes Ergebnis des bekannten Legierungsverfahrens dargestellt, bei dem an und für sich plane Legierungsfronten angestrebt werden. Bei einer anderen bekannten Halbleiteranordnung ist der pn-Übergang zwar bewußt mäanderförmig ausgebildet, doch soll diese mäanderförmige Formgebung lediglich demonstrieren, welche pn-Schichtungen sich mit dem in diesem Zusammenhang beschriebenen Verfahren des Kernteilchenbeschusses in einem Halbleiterkristall erzielen lassen. Der Drifttransistor, auf den sich die Erfindung bezieht, war zu dem damaligen Zeitpunkt überhaupt noch nicht bekannt.
• Unter der oben beschriebenen Voraussetzung eines mäanderförmig verlaufenden emitterseitigen pn-Überganges werden bei Vorhandensein eines Dotierungsgradienten in der Basiszone nur die Zonen der Sperrschicht, die im hoch- oder höherohmigen Gebiet der Basiszone liegen, emittieren. Der auftretende Basisstrom nimmt dagegen seinen Weg entlang den Sperrschichten, die im niederohmigen Teil der Basiszone verlaufen, ohne dabei an die Halbleiteroberfläche zu gelangen. Hier im niederohmigen Teil der Basiszone findet er keinen nennenswerten Widerstand vor, so daß der Basiswiderstand, wie gewünscht, klein bleibt.
• Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Das verwendete Halbleiterplättchen erhält zunächst von einer seiner beiden Oberflächen aus eine starke Dotierung, wie sie beim Drifttransistor üblich ist. Durch Eindiffusion der Störstellen entsteht ein Dotierungsgradient, der zum Kollektor zu die Basiszone hochohmiger werden läßt. Um die Ausbildung der Sperrschicht gemäß der Erfindung zu erhalten, wird der Emitter nach Fig. 4 in Form von kleinen Legierungskugeln 2 derart in die Halbleiteroberfläche 1 einlegiert, daß das Legierungsmaterial der einzelnen Kugeln ineinander überfließt und so eine zusamenhängende Sperrschicht bildet. Die Sperrschicht nimmt aber durch die ursprünglich auf der Halbleiteroberfläche vorhandene Vielzahl von Legierungskugeln eine wellenförmige Gestalt an, bei der nach Fig. 5 Wellenberge 7 und Wellentäler 8 einander ablösen. Die Fig. 5 räumlich erweitert gesehen ergibt eine netzförmige Verteilung von Sperrschichtkuppen, zwischen denen sich miteinander in Verbindung stehende Sperrschichttäler befinden. Da die Bergkuppen tief in den Halbleiterkörper und damit in den hochohmigen Teil der Basiszone eintauchen, findet der Stromübergang zum Kollektor im wesentlichen nur von den höchsten Erhebungen aus statt, wie in Fig. 5 angedeutet. In den Tälern ist das Basismaterial infolge des vorhandenen Dotierungsgradienten besonders niederohmig, hier kann der Basisstrom entlangfließen, ohne einen nennenswerten Spannungsabfall zu erleiden. Die Täler, die alle miteinander verbunden sind, schaffen so für den Basisstrom einen niederohmigen Weg in Form eines Gitters. Der Strom gelangt dann erst außerhalb des eigentlichen Emitterbereiches zum ersten Mal an die Halbleiteroberfläche und zur eigentlichen Basiselektrode. In Fig. 5 ist rechts von der Bruchlinie die Art der Basisdotierung dargestellt.
• Der Vorteil gegenüber den bisherigen Transistortypen für hohe Leistung besteht darin, daß die Oberflächensperrschicht nicht mehr Oberfläche einnimmt als bei den normalen, sehr großflächigen Transistoren, daß aber im Gegensatz zu den bisherigen Typen durch Schaffung von niederohmigen Stromkanälen für den Basisstrom der Steuerspannungsabfall wesentlich herabgesetzt wird.
• Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß an Stelle von Legierungskugeln nach Fig. 6 Legierungsstreifen 9 auf die Halbleiteroberfläche auflegiert werden. Es entstehen dann nur Stromkanäle in einer Richtung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Drifttransistor, bei dem der spezifische Widerstand in der Basiszone von der Emitter- zur Kollektorzone hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang an der Emitterzone derart wellen- oder mäanderförmig ausgebildet ist, daß seine Kuppen in dem Teil der Basiszone mit höherem spezifischem Widerstand und seine Senken in dem Teil der Basiszone mit niedrigerem spezifischem Widerstand verlaufen.
2. 2. Drifttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Basiszone mit niedrigerem spezifischem Widerstand miteinander verbunden sind.
3. 3. Drifttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode aus anlegierten Kugeln besteht, die derart in den Halbleiterkörper einlegiert sind, daß sie an der Halbleiteroberfläche ineinander übergeflossen sind. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 829191, 900 253, 966 905; deutsche Auslegeschriften W 14766 VIIIc/21 g (bekanntgemacht am 9. 2. 1956),T 8810 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 15. 11. 1956) ; deutsche Patentanmeldungen S 24702 VIII c/ 21 g (bekanntgemacht am 9. 10. 1952),V 8831 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 24.3. 1955) ; USA.-Patentschriften Nr. 2 672 528, 2 742 383, 2 802 759, 2 813 048; schweizerische Patentschrift Nr. 289 519; französische Patentschrift Nr. 1163 241; britische Patentschrift Nr. 782 622.